2.4 膜技术在气体分离领域的应用

气体膜分离技术具有节能、高效、操作简单、使用方便、不产生二次污染的优点。已广泛用于氢气回收、空气分离富氧、富氮、天然气中脱湿、酸性气体的脱除与回收、合成氨中的一氧化碳和氢气的比例调节等。为工业企业的节能降耗，发挥了重要的作用。

合成氨厂弛放气中氢气的回收

合成氨生产过程中，会有气体放空，这部分放空气体称为弛放气，其中含有氢气和氨气，氢和氨分别是合成氨工业的原料和产品。回收和利用弛放气中的氢与氨，是合成氨厂节能、减排、增效、环保的重要措施。

采用膜分离技术和氨吸收技术结合可实现氢气和氨回收。20万t/a的合成氨弛放气中氢气的回收工程采用膜分离加精馏集成工艺装置实景见图2.27，其工艺流程图见图2.28。

由图2.28可见，作为膜分离预处理器的两个洗氨塔，分别除去高／低压弛放气中氨，产生的氨水送入精馏塔，在精馏塔顶获得氨。洗氨塔顶的气体分别进入高／低压气体膜分离器，回收气体中的氢气，重返合成系统。膜分离器尾气中含有少量的氢和氨，送去燃烧炉燃烧，回收热能。

与传统氢氨回收工艺相比，合成氨厂“膜分离-精馏集成工艺进行氢／氨回收整体解决方案”解决了氢／氨回收的问题，同时将含氨废水排放降为零，有毒害气体排放降为零，实现了经济效益与环保效益最大化的目标。

合成甲醇弛放气中氢气的回收

氢气、一氧化碳和二氧化碳在高温、高压和催化剂作用下合成甲醇。由于受化学平衡的限制，反应物不能完全转化为甲醇。为了充分利用反应物，就必须把未反应的气体进行循环。在循环过程中，一些不参与反应的惰性气体（如N ₂ 、CH ₄ 、Ar等）会逐渐累积，从而降低了反应物的分压，使转化率下降。为此，要不定时地排放一部分循环气来降低惰气含量。在排放循环气的同时，也将损失大量的反应物（H ₂ 、CO、CO ₂ ），其中氢含量高达50%~70%。采用传统的分离方法来回收氢气，成本高。用膜分离技术从合成甲醇弛放气中回收氢和二氧化碳，投资小，增产节能效果显著，已被甲醇行业普遍采用。

30万t/a甲醇弛放气中氢气的回收工程装置实景照片见图2.29，工艺流程如图2.30所示。

膜分离装置每小时回收氢气量折合纯氢为3421 Nm ³ （标准状态），可生产甲醇1.5 t，年运行8000 h，经济效益显著。